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本论文采用高能球磨+等离子活化烧结(SPS)方法制备了掺杂不同含量稀土氧化镧的Mo-12Si-8.5B合金,同时也研究了机械合金化+真空热压烧结方法制备Mo-12Si-8.5B合金的工艺。研究了机械合金化参数对合金粉末性能的影响,以及氧化镧的掺杂对Mo-12Si-8.5B合金微观组织、力学性能和高温(1100℃)抗氧化性能的影响,讨论了掺杂氧化镧合金的强化机制,并探讨了合金的微观组织-力学性能-抗氧化性能间的相互作用关系和影响规律。
研究结果表明,在相同球磨转速(300rpm)、不同球料比参数下,随着球磨过程的进行,合金粉末的衍射峰强度减弱并宽化。同时发现,球料比越大越有利于合金化过程的进行,但球料比增大且长时间球磨后出现了球磨介质的衍射峰。机械合金化后的粉末经不同温度退火后均出现了合金成分对应三元相区所含物相的衍射峰。经热压烧结后的合金试样物相组成主要为α-Mo,Mo3Si和Mo5SiB2相,微观组织细小、均匀。同时,机械合金化+热压烧结所制备合金比电弧熔炼所制备的相同成分的合金强度和韧性高。
掺杂不同含量氧化镧的Mo-12Si-8.5B合金主要由α-Mo,Mo3Si和Mo5SiB2三相组成。掺杂氧化镧后合金组织中金属间化合物相的团聚现象减弱,Mo3Si/Mo5SiB2颗粒分布更加均匀,α-Mo相更好地连通,合金晶粒得到了细化。氧化镧的掺杂提高了合金的致密度,同时合金的硬度也随之增大,合金的室温抗压强度和弯曲强度也因为氧化镧的掺杂而提高,但断裂韧度并未提高。氧化镧掺杂在合金中可以钉扎位错,提高合金的高温抗压强度。合金的强化机制主要为细晶强化、弥散强化和品界强化。
掺杂氧化镧的Mo-12Si-8.5B合金在1100℃恒温氧化过程均由过渡氧化阶段和稳定氧化阶段组成,且氧化速率均低于未掺杂的合金,掺杂量为0.9wt.%的合金在实验温度表现出最好的抗氧化能力。除了掺杂量为1.2wt.%的合金,其他合金表面均形成了连续致密的保护性氧化膜。合金氧化膜的物相分析和截面观察表明,氧化膜的最外层主要为晶态和非晶态SiO2,而过渡氧化层中有钼的氧化物以及过渡氧化产物。氧化镧的掺杂有助于保护性氧化膜的快速形成,提高了氧化膜的抗剥落能力。